1. Aufbau
Als Antrieb wird ein bürstenloser Außenläufer aus dem Flugmodellbau benutzt, eine Zusatzschaltung sorgt für eine konstante Drehzahl.
2. Qualität der Strömung
Einen ersten Versuch zur "Wirbelhaltigkeit" habe ich mit einem Abschnitt Kassetten-Tape gemacht. Am Auslass verhält es sich ganz ähnlich wie wenn ich es schnell durch ruhende Luft ziehe. Nah am Rand des Auslasses wird es wie erwartet verwirbelt.
Ein Räucherstäbchen erzeugt viel zu wenig Rauch um bei den gewünschten Strömungsgeschwindigkeiten noch sichtbar zu sein.
3. Messung des Geschwindigkeitsprofils
Zunächst habe ich mit dem käuflichen Anemometer und einfachen mechanischen Hilfsmitteln gemessen…
…dabei ergab sich das folgende Profil (angezeigt wird die Strömungsgeschwindigkeit in m/s):
Mit Hilfe einer Hälfte meiner CNC-Styroporschneidemaschine und des im Flugmodell eingesetzten Sensors wurden weitere Messungen durchgeführt. Dabei wurde der Sensor mit einer Geschwindigkeit von 8 mm/s kontinuierlich über der Austrittsfläche verfahren.
Hier zunächst mit der gleichen Drehzahl wie im vorigen Versuch; eine Ähnlichkeit ist leider nicht zu erkennen (angezeigt wird die Drehzahl des Messrades in Umdrehungen pro Sekunde, die vermutlich einigermaßen proportional zur Strömungsgeschwindigkeit ist):
Es folgen ein paar Messungen mit kleinerer Drehzahl. Zunächst mit kleiner Auflösung in y-Richtung…
…und dann das gleiche mit größerer Auflösung. Die Bilder sind nicht so ähnlich wie erhofft.
Für die zwei folgenden Messungen wurde der Gleichrichter in Strömungsrichtung vor den Sieben positioniert. Die gemessene Strömungsgeschwindigkeit hat abgenommen, ist aber über dem Querschnitt noch ebenso wenig konstant und reproduzierbar.
4. Weniger Messpunkte, dafür lange an einem Ort
In einem Raster von 30mm haben ich um das Zentrum herum neun Punkte für jeweils ca. 15 Sekunden gemessen.
87.4 .. 94.0 Hz, Mittelwert 90.7 Hz, 7.3 % Schwankung |
81.1 .. 93.9 Hz, Mittelwert 87.1 Hz, 14.8 % Schwankung |
84.8 .. 92.8 Hz, Mittelwert 87.8 Hz, 9.1 % Schwankung |
85.0 .. 92.6 Hz, Mittelwert 89.2 Hz, 8.5 % Schwankung |
81.9 .. 89.3 Hz, Mittelwert 86.3 Hz, 8.5 % Schwankung |
87.7 .. 96.3 Hz, Mittelwert 91.9 Hz, 9.4 % Schwankung |
86.0 .. 90.6 Hz, Mittelwert 87.9 Hz, 5.2 % Schwankung |
83.6 .. 91.4 Hz, Mittelwert 88.3 Hz, 8.8 % Schwankung |
86.8 .. 93.2 Hz, Mittelwert 90.4 Hz, 7.1 % Schwankung |
Wie man sieht gibt es bereits an jedem einzelnen Ort eine wesentliche zeitliche Varianz. Über die zeitlichen Mittelwerte dieser neun Orte ist die Schwankungsbreite noch (91,4 Hz - 86,4 Hz) / 88.8 Hz = 6,3 %. Bezogen auf dieses kleine Gebiet ist die zeitliche Varianz also größer als die örtliche.
Der Drehzahlregler ist dabei übrigens nicht das Problem. Die Kommutierungsfrequenz des Motors (und damit seine Drehzahl) schwankt nur um weniger als 1%, und das auch mit vergleichsweise großer Frequenz.
5. Vorläufiges Fazit
Um dieses Gerät (ohne weitere Verbesserungen) als Referenz zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit zu benutzen muss wohl mindestens eine genau definierte Position benutzt werden, außerdem muss sehr lange gemessen und gemittelt werden. Aufgrund der noch unbekannten Einflussgrößen muss immer auch mit dem Referenz-Anemometer gemessen werden.
Was sind mögliche Einflüsse?
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laut diesem Dokument ("Messtechnische Grundlagen der Luftströmung", Kapitel 3.5 des ALMEMO® Handbuches der Firma Ahlborn) müsste ich hinter Gleichrichter und Sieben 1,2m (6*Kantenlänge) als Beruhigungsstrecke einplanen um einen genauen Messwert zu erhalten. Ebenso müssten 60cm hinter dem Messplatz auch unverbaut sein. Bei den Messungen mit der CNC-Maschine war letzteres gegeben, beim händischen Ablesen des Anemometers jedoch nicht.
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in dieser Arbeit heisst es: "Mögliche Fehlerquellen für die Bestimung der Strömungsgeschwindigkeit sind […] Luftströmungen innerhalb des Raumes, in dem sich der Windkanal befindet. Selbst das Öffnen und Schließen von Türen in Nachbarräumen führt zu deutlichen Schwankungen".
Die nächsten Schritte sind:
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kontinuierlich messen wie bisher, dabei jedoch sehr langsam fahren und nicht im Raum herumlaufen.
6. Sonstiges
…ich habe den derzeit leider ruhenden Anstellwinkelsensor mal in die Strömung gehalten, er verhält sich darin gut. Seit den letzten Versuchen hat er mechanisch eine winzige Verbesserung erfahren.